长江三峡水坝下游河道悬沙恢复和床沙补给机制

流域水库工程的修建,将改变坝下游原有的水沙输移过程,三峡水库蓄水作用对坝下游水沙输移的影响已初步显现。具体表现为：① 三峡水库坝下游洪水持续时间和流量被削减,下泄沙量大幅减少,沿程上输沙量虽得到一定恢复,但总量仍未超过蓄水前多年均值;② 2003-2014年d > 0.125 mm（粗）输沙量得到一定恢复,至监利站恢复程度最大,基本达到蓄水前均值,在恢复后其下游该组分泥沙冲淤特性与蓄水前一致,其中2008-2014年恢复程度弱于2003-2007年;③ 三峡水库蓄水后坝下游d < 0.125 mm（细）输沙量沿程上得到一定程度恢复,但总量仍小于蓄水前均值;④ 三峡水库蓄水后坝下游d > 0.125 mm泥沙输移量因河床补给作用,沿程上得到恢复,但补给量将不超过0.44亿t/y,主要受制于洪水持续时间及流量均值,而上游干流、河段间支流和湖泊分汇作用占次要地位,而d < 0.125 mm悬沙恢复受上游干流、区间支流和湖泊分汇及河床补给控制,因河床粗化使得床沙对细颗粒悬沙的补给作用减弱;⑤ 2003-2007年和2008-2014年两时段间宜昌至枝城、上荆江为粗细均冲,下荆江为淤粗冲细,汉口至大通河段为淤粗冲细,城陵矶至汉口河段2003-2007年为淤粗冲细,2008-2014年为粗细均冲,这一差异受控于螺山站洪水流量持续时间和量值。     

三峡水库运行下洞庭湖盆冲淤过程响应与水沙调控阈值

以1951-2011 年洞庭湖区及荆江段干流主要控制站实测径流输沙量资料为依据,分析三峡水库不同蓄水阶段及不同调度方式下洞庭湖盆冲/淤响应,并提出上游来水来沙调控阈值。结果表明：① 荆南三（四）口流量与枝城站流量、荆南三（四）口输沙率存在极显著正相关（p < 0.0001）,决定系数r2分别为0.859 及0.895。② 与三峡水库蓄水运用前（1999-2002）相比,一、二期蓄水阶段及全面试验性蓄水阶段（2008.10-2011.12）洞庭湖盆年均冲淤量由+4796.4×10⁴ t 依次递减为+684.1×10⁴ t、+449.8×10⁴ t 及-559.6×10⁴ t,湖盆冲淤率由+70.25%分别降至+31.13%、+23.56%及-42.64%。③ 预泄调度及蓄水调度期,湖盆泥沙均由以淤积为主转变为以冲刷为主,防洪补偿调度期湖盆泥沙表现为淤积,而在补水调度运用期则表现为冲刷。④ 洞庭湖盆处于冲/淤临界平衡状态时的荆南三口平均流量、输沙率及含沙量分别为970.81 m³/s、466.82 kg/s 及0.481 kg/m³。并认为,为增强湖泊调蓄功能,必须进一步优化三峡水库调度方式,合理调控下泄水沙量。     

长江中游马口-田家镇河段40 年来河道演变

运用地理信息系统(GIS) 与数字高程模型(DEM) 分析了马口-田家镇河段1963 年、1972 年与2002 年河道地形数据, 较为系统地研究了该河段过去40 年冲淤时空变化。研究结 果认为, 1972 年与1963 相比冲刷量达到789.9 hm³, 冲刷面积为39.7×104 m²; 2002 年与1963 年相比冲刷量达到1196.5 hm³, 冲刷面积为59.4×10⁴ m²; 2002 年与1972 年相比冲刷量 达到960 hm³, 冲刷面积为54.3×10⁴ m²。由以上结果认为, 马口-田家镇河段近40 年来以冲刷为主; 河道冲淤变化以马口卡口与田家镇卡口等窄深河段最为剧烈, 宽浅河段与顺直河 段冲淤变化较为和缓, 冲淤变化幅度不大; 卡口上、下端以淤积过程为主, 而卡口顶冲水流的顶弯部位以冲刷过程为主。研究河段冲淤变化受上游来水来沙条件影响很大, 对未来三峡工程建成后, 三峡大坝下游来水来沙以及研究河段冲淤变化的影响研究提供借鉴。     

三峡大坝下游水位变化与河道形态调整关系研究

三峡水库蓄水利用已有13年,对坝下游洪、枯水位和河道形态调整的影响已初步显现,通过对1955-2016年长江中游水位、河道地形等资料的分析,结果表明：① 坝下游各水文站同流量枯水位下降、洪水位变化不大,最低水位上升,最高水位下降趋势;② 2002年10月-2015年10月枯水河槽冲刷量占平滩河槽冲刷量的95.5%,冲淤分布由蓄水前“冲槽淤滩”转为“滩槽均冲”,不同蓄水阶段存在差异;③ 河槽冲刷过程中,上荆江及以上河段枯水位下降趋势趋缓,下荆江及以下河段下降速率增加,应采取防控措施遏制河道水位下降趋势;④ 枯水河槽冲刷是长江中下游航道水深提升的基础,枯水位降幅小于深槽下切深度,在河道和航道整治工程综合作用下航道尺度提升,提前5年实现了2020年航道尺度规划目标;⑤ 平滩水位以上河槽形态调整不大,在河床粗化、岸滩植被、人类活动等综合作用下河道综合阻力增加,出现了中洪水流量—高水位现象,应引起足够重视。三峡水库汛期调蓄作用可有效提升中下游洪水防御能力,但不排除遭遇支流洪水叠加效应,中下游洪水压力仍然较大。     

长江干流河道对流域输沙的调节作用

利用长江干流和主要支流上测站1956~2004年的输沙量资料,对干流未测区域的来沙进行了估计。根据泥沙平衡 (Sediment budget) 概念,对长江干流河道的冲淤对来水来沙的响应以及对入海泥沙的影响进行研究发现,长江干流屏山至大通河道平均淤积速率为88.58×10⁶ t/a,河道淤积占总的来沙量及大通站输沙量比例分别为14%与21%。由于河道淤积,大通站输沙量减少了17.5%。总体来说上游淤积较轻,宜昌至汉口区间淤积严重,汉口至大通区间为微冲。长江干流的河道冲淤与流域总的来沙具有显著的相关关系,但各段河道的冲淤对流域来沙的响应各不一样。上游的冲淤与流域的径流量和来沙量均没有很好的相关性,宜昌-汉口段河道冲淤的变化与宜昌站的来沙具有显著的相关性;影响汉口-大通间河道的冲淤变化的主要因素是流域的来水量,河道的冲淤与大通站径流量的存在显著的负相关关系。三峡水库蓄水后整个长江干流的冲淤形势发生了根本的变化。三峡水库的蓄水运用有效地减轻了洞庭湖的泥沙淤积,同时也降低了洞庭湖的对长江干流泥沙的调节作用;长江上游干流河道淤积增强,中下游河道出现冲刷,但不同的河段表现不一;中下游河道冲刷量小于预测值,三峡水库的蓄水运用直接导致了长江入海泥沙的减少。     

近10 年来长江口水下三角洲的冲淤变化 ——-兼论三峡工程蓄水的影响

根据对近10 年来长江入海泥沙量和河口冲淤的对比分析, 探讨水下三角洲冲淤对长江入海泥沙锐减以及三峡工程运行的响应。结果表明: (1) 三峡水库蓄水导致长江入海泥沙减少1×10⁸ t/a 量级; (2) 1995-2000 年、2000-2004 年和2004-2005 年研究区淤积(冲刷) 面积分别占75.5% (24.5%)、30.5% (69.5%) 和14% (86%), 垂向冲淤速率(负为冲刷) 分别为6.4 cm/a、-3.8 cm/a 和-21 cm/a。(3) 由于地形和水动力的变化以及工程的影响, 研究区内冲淤对河流来沙减少的响应存在显著空间差异。结论包括: 三峡水库蓄水加剧了长江入海泥沙的减少; 入海泥沙的锐减是水下三角洲从淤积为主向侵蚀为主转变的主要原因。随着水库拦沙能力的增强等流域人类活动的影响, 长江入海泥沙将进一步下降, 河口口门区的冲刷可能加剧, 值得有关部门重视。     

三峡水库下游弯曲河型演变规律调整及其驱动机制

大型水库的兴建深刻改变了下游水沙输移特点,进而导致河床演变规律显著调整,水库下游弯曲河型对水沙过程改变响应敏感,是水库下游河床演变、航道整治、河势控制等方面研究的关键区域。本文基于1996-2016年的实测水文、地形资料,对长江三峡水库下游弯曲河型的演变规律及其驱动机制开展研究,结果表明：① 三峡水库蓄水前,下荆江存在“凸淤凹冲”、“凸冲凹淤”两类弯曲河型,而三峡水库蓄水后均表现为“凸冲凹淤”的一致性规律;② 在水库拦沙作用的影响下,下荆江河段平滩河槽存在累积性冲刷现象,冲刷部位集中于枯水河槽与基本河槽之间的低滩,冲淤部位调整主要由变化的流量过程所驱动,上游河势、河道边界以及支流入汇等因素均有一定驱动作用;③ 在三峡水库蓄水后缺乏大洪水的情况下,凸岸水流挟沙力随流量增加逐渐增强,水流对凸岸冲蚀力度在平滩流量级附近（20000~25000 m3/s）达到最强,平滩流量附近流量级的持续时间超过20天时,弯曲河道发生凸冲凹淤现象。而悬沙中造床粗沙的减少,增强了水流冲刷强度,加剧了凸岸的冲蚀程度。     

长江口横沙通道近岸冲刷地貌形成机制

近岸河床的剧烈冲刷是引起岸坡失稳的主要原因之一。通过SeaBat 7125多波束测深系统对长江口近岸冲刷最为剧烈的横沙通道北口冲刷坑地貌进行测量,同时利用双频ADCP采集区域水流数据,结合历史海图资料,研究该冲刷坑演变过程及形成机制。结果表明：冲刷坑呈椭圆形,长约430 m,宽约150 m,最深处距床面约38 m;1984-2017年期间,冲刷坑附近河床经历了冲—淤—冲的演变模式,整体呈冲刷状态,净冲刷量3.45×10 ⁷ m ³,平均冲深4.68 m;2005年后冲刷坑快速发育,且持续向南延伸。这主要是因为长兴北沿圈围工程的建设减小该处弯道曲率半径,导致了侵蚀加剧。其次,青草沙水库的建设使得北港上中段深泓线发生偏移,横沙通道北口水动力增强,这也是快速冲刷的主要原因之一。另外,长江口深水航道工程、横沙东滩围垦、横沙通道两侧圈围工程及港口码头的建设也一定程度加剧了冲刷之势。由此可见,人类涉水工程活动是引起该处大型冲刷坑快速发育的主要驱动因素。     

调水调沙以来黄河尾闾河道冲淤演变及其影响因素

2002年开始的黄河调水调沙改变了进入黄河口的水沙条件,必然引起尾闾河道地貌的显著调整。根据黄河尾闾河道利津以下的断面实测高程数据,建立基于正交曲线网格的河道DEM,结合河床形态与水沙条件变化,综合研究黄河尾闾河道冲淤的时空演变及其影响因素。结果表明,调水调沙以来尾闾河道冲刷明显,2002—2017年累计冲刷6240万m ³,根据冲淤速率可以分为3个阶段：快速冲刷阶段（2002—2005年）冲刷速率为1443万m ³/a;冲刷减慢阶段（2006—2014年）冲刷速率为139万m ³/a;以及淤积阶段（2015—2017年）,淤积速率为263万m ³/a。其中,调水调沙初始4年尾闾河道的冲刷量占总冲刷量的80%,2006年以后冲刷强度逐渐减弱,甚至转为淤积。从季节上看,主要表现为汛期冲刷,非汛期淤积;从空间上看,越往口门方向,冲刷强度越小。调水调沙改变了入海水沙的年内分配,造成了尾闾河道的持续冲刷,入海流路也发生多次调整。但经过多年冲刷,河床整体下切,加上河口淤积延伸影响,调水调沙对尾闾河道的冲刷效率在持续降低。受河口海域淤积影响,近口门段在经历冲刷后转为淤积,河道纵比降减缓,增加了尾闾的不稳定性。     

三峡水库一、二期蓄水对下游悬沙通量影响的计算

水库对坝下游泥沙通量影响的定量估算是一个国际前沿的科学问题.本文利用长江干流上寸滩、宜昌、汉口、大通四站及其间的支流控制站的水沙监测数据,结合对于流两侧不在支流控制站监测范围的"未测区"水沙贡献的估算,建立了悬沙收支平衡和悬沙输运经验关系,从而定量分析了三峡水库一、二期蓄水对大坝下游(至河口)悬沙通量的影响.结果表明:(1)三峡水库一期(2003-2005年)和二期(2006-2007年)蓄水期间水库的悬沙淤积比分别为64%和83%.(2)受坝下游河床冲刷和支流来沙补给的影响,三峡水库一、二期蓄水分别导致宜昌站悬沙通量下降62%和82%,汉口站悬沙通量下降37%和54%,大通站悬沙通量下降28%和40%.(3)与蓄水前的5年(1998-2002年)相比,蓄水后的2003-2007年上述三站悬沙通量分别下降354×109、172×109和163×109kg/a,其中三峡水库蓄水的贡献分别占41%、55%和45%.以上认识对科学和客观的评价河流建坝的环境效应提供了启示.     

三峡水库不同类型支流河口泥沙淤积成因及趋势

为揭示三峡水库库区不同类型支流河口泥沙淤积的内在机理和变化趋势,本文充分利用水文、泥沙、固定断面和河道地形等原型观测资料,从支流水沙输移规律和河口局部水沙分布特征出发,研究了不同类型支流河口段泥沙淤积规律及主要影响因素的作用机理,探讨其淤积趋势及形成拦门沙的风险。结果表明：三峡水库蓄水后,库区不同类型支流河口普遍淤积,淤积范围及河道形态的变化各有特点;水库蓄水造成水动力条件减弱是河口泥沙淤积的根本原因,淤积幅度和范围主要取决于干支流来沙量和局部河势。在干支流来沙均明显减少的情况下,三峡水库库区支流河口泥沙淤积速度显著下降,形成拦门沙坎的可能性较小。     

Channel changes of the Makou-Tianjiazhen reach in the middle Yangtze River during the past 40 years

Quantitative analysis was performed on the filling-scouring process for the river reach within Makou and Tianjiazhen, the middle Yangtze River with the help of GIS and DEM techniques. The research results indicate that the river reach between Makou and Tianjiaz-hen was dominated by the scouring process, and the magnitude of scouring is increasing over time. The intensity of scouring process is more in the deep and narrower river reach than shallower and wider ones. The river reach in the Makou and Tianjiazhen river knot is in fre-quent scouring and filling process, however the river reach upper to the Makou and lower to the Tianjiazhen river knot is in moderate scouring and filling process. The river reach just upstream or downstream to the river knot (e.g. Makou and Tianjiazhen river knot in this re-search) is dominated by filling process and the river reach in the river knot is dominated by the scouring process. Research results indicate no changes in the boundary of the river but the scouring and the filling magnitude in specific river channel is strong. The filling and the scouring process of the study river reach is greatly impacted by the sediments and water from the upstream of the study river reach. The construction of the Three Gorges Dam just up-stream to Yichang will cause further decrease of the release of the sediment load to the mid-dle and the lower Yangtze River basin, which will further intensify the scouring process of the river channel in the study river reach.     

长江中游马口-田家镇河段40年来河道演变

Quantitative analysis was performed on the filling-scouring process for the river reach within Makou and Tianjiazhen, the middle Yangtze River with the help of GIS and DEM techniques. The research results indicate that the river reach between Makou and Tianjiazhen was dominated by the scouring process, and the magnitude of scouring is increasing over time. The intensity of scouring process is more in the deep and narrower river reach than shallower and wider ones. The river reach in the Makou and Tianjiazhen river knot is in fre-quent scouring and filling process, however the river reach upper to the Makou and lower to the Tianjiazhen river knot is in moderate scouring and filling process. The river reach just upstream or downstream to the river knot (e.g. Makou and Tianjiazhen river knot in this research) is dominated by filling process and the river reach in the river knot is dominated by the scouring process. Research results indicate no changes in the boundary of the river but the scouring and the filling magnitude in specific river channel is strong. The filling and the scouring process of the study river reach is greatly impacted by the sediments and water from the upstream of the study river reach. The construction of the Three Gorges Dam just upstream to Yichang will cause further decrease of the release of the sediment load to the middle and the lower Yangtze River basin, which will further intensify the scouring process of the river channel in the study river reach.     

Influences of channelization on discharge of suspended sediment and wetland vegetation in Kushiro Marsh, northern Japan

The effects of wetlands on hydrology, water quality, and wildlife habitat are internationally recognized. Protecting the remaining wetlands is one of the most important environmental issues in many countries. However wetlands in Japan have been gradually shrinking due to agricultural development and urbanization, which generally lowers the groundwater level and introduces suspended sediment and sediment-associated nutrients into wetlands. We examined the influences of channelization on discharge of suspended sediment and wetland vegetation in Hokkaido, northern Japan. The impact of river channelization was confirmed not only by the sediment budgets but also by river aggradation or degradation after the channelization and by the resultant vegetational changes. The budgets of suspended sediment demonstrated that wash load was the predominant component accounting for 95% of the total suspended load delivered into the wetland. This suspended sediment was primarily transported into the wetland by flooding associated with heavy rainfall. Twenty-three percent of the wash load and 63% of the suspended bed material load were deposited in the channelized reach, which produced aggradation of about 2 m at the end of the reach. A shorting of the length of the channel, due to channelization of a meandering river, steepened the slope and enhanced the stream power to transport sediment. This steepening shifted the depositional zones of fine sediment 5 km downstream and aggraded the riverbed. Development of the watershed may increase not only the water discharge but also the amount of suspended sediments. The aggradation reduced the carrying capacity of the channel and caused sediment ladened water to flood over the wetlands. The fine sediment accumulated on the wetlands gradually altered the edaphic conditions and wetland vegetation. A low percentage (10 to 15%) of organic contents of wetlands' soil is more evidence indicating that the present condition is far different from normal. Original vegetation such as sedges and Alnus japonica were disappearing from the adjacent areas of the river channel and were being replaced by willow trees (Salix spp.).     

特枯水情对长江中下游悬浮泥沙的影响

基于长江中下游气象资料、历史水沙资料和2006 年10 月现场水沙观测资料, 分析了 典型枯水年大通站的月均径流量和输沙率特征、2006 年特枯水情产生的气候背景以及对长江中下游含沙量和悬沙粒径产生的影响。分析表明, 枯水年长江干流输沙量有显著的减少, 2006 年特枯水情下大通站汛期输沙量仅占多年平均值(1985-2000 年) 的19.8%。在特枯水情 和三峡工程蓄水的背景下, 2006 年10 月长江中下游含沙量平均为0.057 kg/m³, 只占 2003-2005 年10 月平均值的20.6%。2006 年10 月长江中下游悬沙中值粒径平均为4.8 µm, 悬沙中值粒径只占多年平均值的26.3%, 占近期平均值的41.8%。含沙量、悬沙粒度和中游 河床冲淤特性的综合分析表明, 城陵矶-湖口河段水沙垂向交换强, 是三峡兴建以后近期河 道调整频繁的河段。洞庭湖和鄱阳湖对长江干流含沙量的贡献较大, 尤以鄱阳湖的贡献最大, 长江中下游其他支流对长江干流含沙量的贡献较小。汉江和巢湖对长江中下游悬沙粒径的影响相对较大, 而洞庭湖和鄱阳湖则对悬沙粒径的影响相对较小。     

上荆江枯水位对河床冲刷及水库调度的综合响应

为系统揭示长江中游近期枯水情势及其对三峡水库蓄水的直接和间接响应,本文以冲刷剧烈、枯水位降幅最大的上荆江为例,通过统计其不同形式枯水位的变化特征,建立了水位下降与河床冲刷、水库不同运行方式的相关关系。结果表明,沙市站同流量枯水位几乎与枯水河槽河床平均高程等幅下降,枝城站枯水位下降幅度较小与本底河床形态、河床粗化及航道整治工程有关。上荆江汛前枯水位降幅、最低水位及极枯水位历时等枯水情势会受到三峡水库补水调度的影响,这种补水效应沿程递减,至沙市站补水调度仍然无法抵消河床下切对枯水位造成的影响。     

山区河流准三维水沙输运与河床演变模拟

在渠道水力学和河流动力学研究的基础上，对不规则河流形态下的纵向流速分布和弯道水流进行了讨论，并分析了任意断面和垂线位置的流场计算公式。在综合各种泥沙动力学研究成果基础之上，探讨了在天然河流中的悬移质输沙能力与沉积条件，分析了河床质起动的控制性因素及推移质输沙方程。提出了受冲淤影响的河床质粒径组成和动态递推公式。结合这些流场与泥沙计算方法及河床形态调整技术，作者提出一个准三维河流动力学模型。该模型只需要河流几何形状、人流条件以及泥沙级配参数，能够模拟出不规则几何形态的河道断面流速分布及平面流场分布，并且对于弯道水流特征与泥沙输送一沉积特征也能得到较好的表现。该模型是对有关河流演变理论和实验成果的综合应用，为研究山区高含沙水流下的河床变形以及洪水演进提供了强有力的工具。     

金沙江流域水土流失及其防治措施

长江三峡水库入库站寸滩的水沙主要来源于长江上游金沙江和嘉陵江。其中多年平均径流量和输沙量的40.7％和52.7％来自金沙江,这对三峡水利枢纽工程关系重大。该江水土流失十分严重,且有加重趋势,这与人类活动有密切关系,对此提出五项防治措施。     

澜沧江河道冲淤变化特征及发展趋势

文章根据20多年来澜沧江河道断面形态、来水来沙的实测资料,分析了冲淤变化特征及其与来沙系数的相互关系。还根据澜沧江天然来沙量的变化趋势,梯级开发后可能发生的来沙量变化,探讨了澜沧江河道冲淤变化的可能发展趋势